Norska forskare är bland de första i världen som använder radioaktivitet för att spåra nanopartiklar i försöksdjur och jord. Deras resultat har gjort det lättare att identifiera eventuella negativa miljöpåverkan av nanopartiklar, som finns i ett ökande antal produkter.

Nanoteknik kan användas för att förbättra kommersiella produkters egenskaper, att döda bakterier, bekämpa lukt och mer. Men vad händer när dessa produkter slängs och dessa ofattbart små partiklar släpps ut i miljön? Kan samma egenskaper som dödar bakterier i atletiska plagg, tvättmaskiner och kylskåp har en oavsiktlig skadlig inverkan på hälsa och miljö också?

Miljondelar av en millimeter

Användning av nanopartiklar ställer nya frågor till forskare som studerar miljöfarliga ämnen. Storleken på nanopartiklar mäts faktiskt i miljoner av en millimeter. De är alldeles för små för de undersökningsmetoder som används med vanliga kemikalier.

Den första utmaningen är att hitta ett sätt att spåra var dessa partiklar hamnar. Om de inte kan lokaliseras kommer det inte att vara möjligt att avgöra mycket om deras inverkan. Så vad behöver göras för att spåra dem?

”Enkelt uttryckt, det är lättare att hitta en nål i en höstack när nålen är radioaktiv, ”Säger Dr Deborah H. Oughton. Dr Oughton är professor vid Norwegian University of Life Sciences (UMB), specialiserat sig på kärnkemi. Som en del av ett gemensamt forskningsprojekt med UMB, norska institutet för vattenforskning (NIVA), Bioforsk och internationella forskningspartners, hon har lett ansträngningarna att utveckla metoder för att spåra nanopartiklar genom att göra dem radioaktiva. Projektet är en del av Norges forskningsråds program om norsk miljöforskning fram till 2015 (MILJO2015).

Svårt att upptäcka

”Nanopartiklar är så små att de är svåra att hitta med vanliga metoder för andra miljöfarliga ämnen. Forskare som letar efter potentiella effekter av kontaminering av nanopartiklar använder ofta orealistiskt höga koncentrationer av partiklar i sina experiment, ”Dr Oughton konstaterar.

Men det finns flera nackdelar med ett sådant tillvägagångssätt. För det första, egenskaperna hos partiklar förändras när koncentrationerna blir så täta. För det andra, sådana metoder avslöjar mycket lite om nanopartiklarnas spridningsmönster, brytas ner med tiden eller förmågan hos nanopartiklar att ackumuleras i koncentrationer som antas normalt förekomma i naturen.

”Det var därför vi ville testa om det var möjligt att spåra nanopartiklar med radioaktivitet, ”Dr Oughton förklarar.

Radioaktivitet som markör

Dr Oughton har sin bakgrund inom kärnkemi och tog idén att radioaktivitet kan användas som en markör från detta och flera andra områden. Relaterade metoder används redan för studier av radioaktiv miljöförorening och medicinsk diagnostik.

”Vi tittade på metoder som används inom andra områden och arbetade oss fram mot något som skulle fungera för nanopartiklar. Tanken är att när partiklar är radioaktiva, de kan spåras. Våra försök visar att vi kan få en stor mängd ny och värdefull information med denna metod även med en mycket låg koncentration av partiklar, ”Säger Dr Oughton.

Mycket farligt att fiska

Dr Oughton och kollegan Dr Erik Joner från Bioforsk, bland andra, kom fram till en metod där daggmaskar matades med hästgödsel som innehöll radioaktiva nanopartiklar av silver, kobolt och uran. Senare, de kunde studera upptag och ackumulering av nanopartiklar genom att observera hur radioaktiviteten fördelades och sedan jämföra sina observationer med fysiologiska fynd. I andra experiment från samma projekt, fisk utsattes för olika koncentrationer av nanopartiklar.

”En av våra upptäckter visade att nanopartiklar kan ackumuleras i olika delar av en organism. I lax, vi bevittnade att vissa nanopartiklar påverkade gälsfunktionen och hade en allvarligt toxisk effekt. Förekomsten av förvånansvärt låga koncentrationer av vissa typer av nanosilver ledde till gälssvikt och fiskens död. ”

Studien använde sjövatten för att optimera resultaten av resultaten. Vattnet i många sjöar i Norge är relativt kalciumfattigt. Vi fann att detta ökar mängden tid nanopartiklar stannar i vattnet, säger Dr Oughton.

Upptäckten att nanopartiklar kan ha skadliga effekter på fisk ger anledning till oro eftersom förekomsten av nanosilver tidigare har upptäckts i avloppsvatten från avloppsreningsverk. Nanosilver används också ofta i kläder, och studier visar att tvätt av kläder släpper ut nanosilver i vattendräneringen. Nanosilver används till och med i tvättmaskiner själva i många länder, även om detta inte är tillåtet i Norge.

Nanopartiklar kan släppa ut joner under långa perioder

Forskarna fick också reda på ny information om nanopartiklarnas långsiktiga beteende i jord.

"Nanopartiklar bryts ner med tiden genom långsam frigöring av joner. För vissa nanopartiklar, dessa joner är de medel som är ansvariga för toxiska effekter på organismer. Detta gradvisa läckage av joner innebär att fria nanopartiklar fortsätter att förorena miljön under en lång tid, ”Dr Oughton konstaterar.

Vissa mer giftiga än andra

Forskarna upptäckte också skillnader mellan nanopartiklar. Nanosilver var den giftigaste i gruppen.

”Vissa typer av nanosilver hade en större toxisk effekt än andra. Det är viktigt för regeringar och industri att lära sig mer om riskerna med de olika typerna av nanopartiklar. Våra forskningsresultat, tillsammans med annan forskning om miljöpåverkan av nanopartiklar, betyder att vi snart vet tillräckligt för att veta hur vi ska reglera användningen för att förhindra skador på miljön, ”Säger Dr Oughton.

Växande marknad, spirande forskningsverksamhet

Användningen av nanopartiklar har ökat kraftigt de senaste åren. Användningsområden inkluderar kosmetika, Kläder, leksaker och mat. Användning av nanosilver som en antibakteriell beläggning i kylskåp, sportkläder och bandage är bland de vanligaste användningsområdena.

Mycket forskning om effekterna av nanosilver och andra nanopartiklar på hälsa och miljö bedrivs både i Norge och andra länder.

”Resultaten från vårt forskningsprojekt har publicerats internationellt och har väckt intresse från många länder. Vi samarbetar för närvarande med forskare i Frankrike, bland andra, att utveckla mätmetoder baserade på radioaktiva markörer. På samma gång, forskningsinstitutioner i Norge och EU har också meddelat sitt intresse. Arbetet fortsätter inom flera projekt som finansieras av Norges forskningsråd och europeiska forskningsinstitutioner, ”Dr Oughton påpekar.